第三百一十八章 朗道費米液體理論
從全能學霸到首席科學家 作者：首席設計師 投票推薦 加入書簽 留言反饋
臨界電流密度是評判超導材料好壞的重要參數。
超導體有三個臨界條件，分別為臨界溫度、臨界電流密度、臨界磁場強度，隻有在這三個臨界條件之內，其才能維持超導態。
而其中臨界電流密度可以說是最重要的一個數據，因為這決定了其所能承載的電流大小。
像現在最常用的铌鈦合金臨界電流密度就高達10^9a/m2以上，是ybco的至少兩倍以上，再加上其良好的可塑性以及低成本性，因而也就被經常用於實際運用中，即使釔鋇銅氧隻需要液氮就能夠使其冷卻，但是因為這些成本上的差距彌補了液氮和液氦的花費，所以釔鋇銅氧並不能取代铌鈦合金的地位。
然而，現在林曉的這個實驗，卻說明了這種新型铌鈦合金的臨界電流，相比起以前的老铌鈦合金，提升了十分之多。
這樣的表現，絕對是不可思議的，誰能想到，化學式相同、摩爾質量、密度也都相同，完全可以說是相同的材料，結果卻在進入超導狀態的過程中，發生了這樣的情況！
陳勳十分吃驚地問道：“林所長，這是為什麽？難道根據電子拓撲成鍵理論的等價拓撲變換後的結構，其實並不完全等價？還是說它能夠專門增強這種材料的臨界電流密度？”
林曉搖搖頭：“這不一定，電子拓撲成鍵理論裏麵可以揭示的一點是，對於一種化合物來說，可以有多種不同的等價拓撲形態。”
“所以，針對不同的結構，電流密度的話，可能增大，也可能減小。”
“畢竟，超導，是電子在材料內部無阻力的自由運動，而內部結構，對於電子能否自由移動，可是有很大的影響。”
聽著了林曉的解釋，陳勳點點頭，但很快又生出了一個疑惑：“那你怎麽知道，你的這個ybco結構，對電子自由移動的阻力變小了？電子拓撲成鍵理論，應該算不出來吧？”
這要是能算出來的話，研究超導的所有人恐怕都得喊林曉一聲“爸爸”。
因為這一旦能算，林曉就等於為全世界超導界都提供了一個巨大的寶藏。
到時候少說都是成百上千篇論文的發出。
但顯然，就陳勳研究了這麽久以來，他可不覺得電子拓撲成鍵理論能夠算出這種東西。
而聽到陳勳的問題，此時的林曉則沉默了片刻，而後說道：“感覺。”
“感覺？”陳勳一愣。
“嗯，我感覺這種等價拓撲的結構，對於電子的阻力會很小。”
陳勳：“……這也能感覺出來嗎？”
我這個京大物理教授讀書少，你別騙我。
一個超導體的臨界電流密度，你要怎麽才能感覺出來它是變大了還是變小了？
這簡直就是離大譜！
林曉聳聳肩，說道：“你在腦海裏麵構建出一個釔鋇銅氧的微觀結構，順便再模擬一下其電子，然後在演繹一下加壓後電子流動的效果，就能感覺出來了。”
陳勳：“……”
他默默地在腦海中嚐試了一下，但是一個釔鋇銅氧晶胞十多個分子在裏麵，而組成一個導體，好歹得多弄幾個晶胞吧？
那樣一來，大腦計算量都變多了。
於是到最後，陳勳選擇了放棄，然後吐槽一句：“我的腦袋是人腦，不是電腦。”
林曉不由搖頭失笑，顯然陳勳是在吐槽他的腦袋像電腦。
但這興許還真能算是事實，至少，林曉現在感覺自己的大腦就像是一個電腦，而且還是多核多線程的那種，因為他已經能夠做到一心五用了。
他甚至有感覺，如果自己再多做訓練的話，說不定一心十用都有可能，當然，思考的問題不能太過複雜，不過像這種在腦海中直接搭建分子結構模型並模擬電子流動的事情，還是完全能夠做到的。
不過他也沒有糾結這個問題，隨後便說道：“好了，其實這都不是關鍵問題。”
“關鍵問題？”陳勳麵露疑惑。
“你說，是什麽東西決定了臨界電流密度的大小？”
“載流子最大通過量。”
“嗯，bcs理論告訴過我們，低溫超導體中的載流子，就是庫珀對，那麽高溫超導體中呢？”
陳勳搖搖頭，“這個我就不能斷言了。”
畢竟這也是學術界爭論的一個點。
林曉神秘一笑，沒有解釋，而是說道：“把這個新型釔鋇銅氧的專利先給申請了，這段時間，我要寫論文了。”
雖然還有些疑惑，不過林曉都這麽說了，陳勳也就點點頭，道：“我這就去找他們申請。”
這種臨界電流密度得到了提升的超導材料，肯定是需要申請專利的。
陳勳看了一眼林曉如今已經測試到的電流大小，甚至都已經到五萬安培了，這樣的電流大小，已經到了铌鈦合金的程度。
這隻要申請了專利，那未來肯定能賺到一些錢的，雖然由於其不能製備成具有軟性的電線，但肯定還是能夠用上的。
至於林曉要寫的論文，估計也就是關於這個新結構釔鋇銅氧的性能，所以陳勳也就沒有多問，而後離開了實驗室。
而林曉則繼續看著眼前的這個釔鋇銅氧合金，心中生出了思考。
他一個多月前，就在物理所計算出來了，這個變換了結構後的釔鋇銅氧，之所以臨界電流密度能夠得到增大，是因為有更多疑似庫珀對的電子對出現了。
不過，他也還是不能確定，這些電子對是不是就是真的庫珀對。
這使得他開始發散自己的思維。
“首先是高壓下為什麽能夠超導？”
2020年10月15日，美國的幾名科學家利用極其精密的實驗設備，在267gpa的情況下，實現了15攝氏度的超導。
他們所使用的超導材料，是含碳硫化氫。
但硫化氫這種東西，常溫下是氣體，氣體如何測試超導？
這是因為267gpa的壓力，等於在一平方毫米上施加了26.7噸的重力，然後直接將氣體直接壓成了固體。
而變成固體，又和低溫下凝固，顯然沒有什麽區別，所以高壓超導，和低溫超導，本質沒有什麽區別。
所以林曉很快在腦海中pass掉這個想法。
但隨後，他的目光忽然一閃。
“對了！朗道費米液體理論！”
“目前的學界，對於超越朗道費米液體理論框架的強關聯物理的理解還處於一鱗半爪的階段。”
“而高溫超導的機製，必然是電子這種費米子之間的強關聯。”
“按照朗道理論框架，相互作用的費米子係統隻要微擾理論收斂，其行為將與無相互作用係統定性一致……”
“如果把釔鋇銅氧的情況代入進去……”
林曉的大腦中，無數的靈感如同爆炸般湧現。
不過所有的這些靈感，最終都收斂於一個問題之上。
“微擾發散並不伴隨對稱性的自發破缺，而是形成一種高度關聯的量子液體狀態—非費米液體狀態。”
“那麽，什麽東西是非費米液體？”
林曉皺起了眉頭，回想起自己看過的所有文獻和理論。
“目前的學術界，隻明確了什麽是費米液體，但是對什麽是非費米液體，卻隻說明了凡是不是費米液體的費米子模型，那就都是非費米液體，具體是什麽，還是雲裏霧裏……”
林曉忽然間，有一種感覺，高溫超導機製，就藏在這個非費米液體，與費米液體的異同之間。
他抓了抓頭，那種感覺又來了。
越是追尋為什麽，就越是進入到更加深層次的問題中，而這也往往意味著越來越麻煩。
但偏偏他還必須得繼續下去。
無奈地歎了口氣，忽然他在心中問了一句：“係統，現在兌換那個室溫超導體，需要多少真理點了？”
係統：“還需要485真理點。”
等於說自己這一個多月的努力，隻完成了15真理點的工作。
“好吧，至少也是3%的進度，繼續加油。”
隻要再花33.33乘以一個多月的時間，他就等於白嫖了500真理點了。
嗯，這麽想，自己可真是一點都沒虧。
心中安慰了一下自己，而後，他就回到了自己的辦公室，決定先把論文給完成了，至於朗道費米液體理論的事情，也先等自己把論文發了之後再說吧。
……
就這樣，時間又悄然過去了。
日子來到了十二月底，進入了年末的學術界，倒也絲毫沒有什麽變化，最多就是絕大多數西方人暫時放下了手頭上的工作，開始過起了聖誕節。
隻不過，《自然》以及《物理評論快報》兩個頂級國際期刊，先後發布了他們今年的最後一期文章，而他們分別有兩篇文章，引起了超導界的一片震驚。
“在釔鋇銅氧的超導過程中，仍然是因為一種疑似庫珀對的電子對發揮了作用？”
這個令超導物理學家們震驚的理論，就這樣沒有一點點的防備，也沒有一絲顧慮，出現在了他們的麵前。
然後，這些超導物理學家們都停止了年底休息休息的念頭，衝進了實驗室，開始了他們的實驗。
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超導體有三個臨界條件，分別為臨界溫度、臨界電流密度、臨界磁場強度，隻有在這三個臨界條件之內，其才能維持超導態。
而其中臨界電流密度可以說是最重要的一個數據，因為這決定了其所能承載的電流大小。
像現在最常用的铌鈦合金臨界電流密度就高達10^9a/m2以上，是ybco的至少兩倍以上，再加上其良好的可塑性以及低成本性，因而也就被經常用於實際運用中，即使釔鋇銅氧隻需要液氮就能夠使其冷卻，但是因為這些成本上的差距彌補了液氮和液氦的花費，所以釔鋇銅氧並不能取代铌鈦合金的地位。
然而，現在林曉的這個實驗，卻說明了這種新型铌鈦合金的臨界電流，相比起以前的老铌鈦合金，提升了十分之多。
這樣的表現，絕對是不可思議的，誰能想到，化學式相同、摩爾質量、密度也都相同，完全可以說是相同的材料，結果卻在進入超導狀態的過程中，發生了這樣的情況！
陳勳十分吃驚地問道：“林所長，這是為什麽？難道根據電子拓撲成鍵理論的等價拓撲變換後的結構，其實並不完全等價？還是說它能夠專門增強這種材料的臨界電流密度？”
林曉搖搖頭：“這不一定，電子拓撲成鍵理論裏麵可以揭示的一點是，對於一種化合物來說，可以有多種不同的等價拓撲形態。”
“所以，針對不同的結構，電流密度的話，可能增大，也可能減小。”
“畢竟，超導，是電子在材料內部無阻力的自由運動，而內部結構，對於電子能否自由移動，可是有很大的影響。”
聽著了林曉的解釋，陳勳點點頭，但很快又生出了一個疑惑：“那你怎麽知道，你的這個ybco結構，對電子自由移動的阻力變小了？電子拓撲成鍵理論，應該算不出來吧？”
這要是能算出來的話，研究超導的所有人恐怕都得喊林曉一聲“爸爸”。
因為這一旦能算，林曉就等於為全世界超導界都提供了一個巨大的寶藏。
到時候少說都是成百上千篇論文的發出。
但顯然，就陳勳研究了這麽久以來，他可不覺得電子拓撲成鍵理論能夠算出這種東西。
而聽到陳勳的問題，此時的林曉則沉默了片刻，而後說道：“感覺。”
“感覺？”陳勳一愣。
“嗯，我感覺這種等價拓撲的結構，對於電子的阻力會很小。”
陳勳：“……這也能感覺出來嗎？”
我這個京大物理教授讀書少，你別騙我。
一個超導體的臨界電流密度，你要怎麽才能感覺出來它是變大了還是變小了？
這簡直就是離大譜！
林曉聳聳肩，說道：“你在腦海裏麵構建出一個釔鋇銅氧的微觀結構，順便再模擬一下其電子，然後在演繹一下加壓後電子流動的效果，就能感覺出來了。”
陳勳：“……”
他默默地在腦海中嚐試了一下，但是一個釔鋇銅氧晶胞十多個分子在裏麵，而組成一個導體，好歹得多弄幾個晶胞吧？
那樣一來，大腦計算量都變多了。
於是到最後，陳勳選擇了放棄，然後吐槽一句：“我的腦袋是人腦，不是電腦。”
林曉不由搖頭失笑，顯然陳勳是在吐槽他的腦袋像電腦。
但這興許還真能算是事實，至少，林曉現在感覺自己的大腦就像是一個電腦，而且還是多核多線程的那種，因為他已經能夠做到一心五用了。
他甚至有感覺，如果自己再多做訓練的話，說不定一心十用都有可能，當然，思考的問題不能太過複雜，不過像這種在腦海中直接搭建分子結構模型並模擬電子流動的事情，還是完全能夠做到的。
不過他也沒有糾結這個問題，隨後便說道：“好了，其實這都不是關鍵問題。”
“關鍵問題？”陳勳麵露疑惑。
“你說，是什麽東西決定了臨界電流密度的大小？”
“載流子最大通過量。”
“嗯，bcs理論告訴過我們，低溫超導體中的載流子，就是庫珀對，那麽高溫超導體中呢？”
陳勳搖搖頭，“這個我就不能斷言了。”
畢竟這也是學術界爭論的一個點。
林曉神秘一笑，沒有解釋，而是說道：“把這個新型釔鋇銅氧的專利先給申請了，這段時間，我要寫論文了。”
雖然還有些疑惑，不過林曉都這麽說了，陳勳也就點點頭，道：“我這就去找他們申請。”
這種臨界電流密度得到了提升的超導材料，肯定是需要申請專利的。
陳勳看了一眼林曉如今已經測試到的電流大小，甚至都已經到五萬安培了，這樣的電流大小，已經到了铌鈦合金的程度。
這隻要申請了專利，那未來肯定能賺到一些錢的，雖然由於其不能製備成具有軟性的電線，但肯定還是能夠用上的。
至於林曉要寫的論文，估計也就是關於這個新結構釔鋇銅氧的性能，所以陳勳也就沒有多問，而後離開了實驗室。
而林曉則繼續看著眼前的這個釔鋇銅氧合金，心中生出了思考。
他一個多月前，就在物理所計算出來了，這個變換了結構後的釔鋇銅氧，之所以臨界電流密度能夠得到增大，是因為有更多疑似庫珀對的電子對出現了。
不過，他也還是不能確定，這些電子對是不是就是真的庫珀對。
這使得他開始發散自己的思維。
“首先是高壓下為什麽能夠超導？”
2020年10月15日，美國的幾名科學家利用極其精密的實驗設備，在267gpa的情況下，實現了15攝氏度的超導。
他們所使用的超導材料，是含碳硫化氫。
但硫化氫這種東西，常溫下是氣體，氣體如何測試超導？
這是因為267gpa的壓力，等於在一平方毫米上施加了26.7噸的重力，然後直接將氣體直接壓成了固體。
而變成固體，又和低溫下凝固，顯然沒有什麽區別，所以高壓超導，和低溫超導，本質沒有什麽區別。
所以林曉很快在腦海中pass掉這個想法。
但隨後，他的目光忽然一閃。
“對了！朗道費米液體理論！”
“目前的學界，對於超越朗道費米液體理論框架的強關聯物理的理解還處於一鱗半爪的階段。”
“而高溫超導的機製，必然是電子這種費米子之間的強關聯。”
“按照朗道理論框架，相互作用的費米子係統隻要微擾理論收斂，其行為將與無相互作用係統定性一致……”
“如果把釔鋇銅氧的情況代入進去……”
林曉的大腦中，無數的靈感如同爆炸般湧現。
不過所有的這些靈感，最終都收斂於一個問題之上。
“微擾發散並不伴隨對稱性的自發破缺，而是形成一種高度關聯的量子液體狀態—非費米液體狀態。”
“那麽，什麽東西是非費米液體？”
林曉皺起了眉頭，回想起自己看過的所有文獻和理論。
“目前的學術界，隻明確了什麽是費米液體，但是對什麽是非費米液體，卻隻說明了凡是不是費米液體的費米子模型，那就都是非費米液體，具體是什麽，還是雲裏霧裏……”
林曉忽然間，有一種感覺，高溫超導機製，就藏在這個非費米液體，與費米液體的異同之間。
他抓了抓頭，那種感覺又來了。
越是追尋為什麽，就越是進入到更加深層次的問題中，而這也往往意味著越來越麻煩。
但偏偏他還必須得繼續下去。
無奈地歎了口氣，忽然他在心中問了一句：“係統，現在兌換那個室溫超導體，需要多少真理點了？”
係統：“還需要485真理點。”
等於說自己這一個多月的努力，隻完成了15真理點的工作。
“好吧，至少也是3%的進度，繼續加油。”
隻要再花33.33乘以一個多月的時間，他就等於白嫖了500真理點了。
嗯，這麽想，自己可真是一點都沒虧。
心中安慰了一下自己，而後，他就回到了自己的辦公室，決定先把論文給完成了，至於朗道費米液體理論的事情，也先等自己把論文發了之後再說吧。
……
就這樣，時間又悄然過去了。
日子來到了十二月底，進入了年末的學術界，倒也絲毫沒有什麽變化，最多就是絕大多數西方人暫時放下了手頭上的工作，開始過起了聖誕節。
隻不過，《自然》以及《物理評論快報》兩個頂級國際期刊，先後發布了他們今年的最後一期文章，而他們分別有兩篇文章，引起了超導界的一片震驚。
“在釔鋇銅氧的超導過程中，仍然是因為一種疑似庫珀對的電子對發揮了作用？”
這個令超導物理學家們震驚的理論，就這樣沒有一點點的防備，也沒有一絲顧慮，出現在了他們的麵前。
然後，這些超導物理學家們都停止了年底休息休息的念頭，衝進了實驗室，開始了他們的實驗。
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